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1、过程控制系统及工程,第三章 比值控制系统,比值控制系统,3.1 概述3.2 比值控制系统的类型3.3 比值系数的计算3.4 比值控制方案的实施3.5 比值控制系统的投运与整定3.6 比值控制系统的其他问题,第3章,3.1,概述,工业过程中，经常需要控制两种或两种以上的物料保持一定 的比例关系 如：1.造纸过程中，纸浆和水要成一定的比例关系2.石化重油气化，重油和氧气量要成一定的比例关系3.锅炉燃烧，煤气和空气成一定的比例关系，等等,比值控制系统： 实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统 流量比值较多，流量比值控制系统,主物料/主流量： 可测或可控，处于比值控制中的主导地位 F1从物料
2、/从流量： 可控，一般供应有余， 按主物料进行配比 F2 比值控制系统，要求副流量F2与主流量F1成一定的比值关系，K为流量比值,3.1,概述,比值控制系统,3.1 概述3.2 比值控制系统的类型3.3 比值系数的计算3.4 比值控制方案的实施3.5 比值控制系统的投运与整定3.6 比值控制系统的其他问题,第3章,教学进程,3.2,比值控制系统的类型,按结构分类： 开环和闭环比值控制系统,按实施方案分类： 相乘和相除方案,按比值分类： 定比值和变比值控制方案,按控制原理： 属于前馈控制系统,3.2,比值控制系统的类型,3.2.1,开环比值控制系统,(a)原理图,(b)方块图,3.2.1,开环比
3、值控制系统,本质：整个控制系统处于开环状态，F2流量根据F1流量， 按比例系数开闭阀门,场合：这种方案应用较少,优点：简单，仪表少,缺点：系统开环，F2波动时比值难以保证,3.2.2,单闭环比值控制系统,在开环比值控制系统的基础上，增加了一个副流量的闭环控制系统,从方块图上看，与串级控制系统的结构相似，只是主参数没有闭环，F2不影响F1 主流量变化，改变副流量控制器给定值 随动控制。 副流量系统闭环，稳定副流量 定值控制。,3.2.2,单闭环比值控制系统,3.2.2,单闭环比值控制系统,优点：1）能克服F2的波动 2）结构简单，特别是在主 流量参数工艺不能控制 的场合实施。 3）控制品质提高较
4、多,缺点：1）F1不固定 2 ）F1+F2总量不定 3）动态比值较差,场合：应用较广泛，几种物料直接进反应器受到限制,3.2.3,双闭环比值控制系统,在单闭环比值控制系统的基础上，增加了主流 量控制回路,3.2.3,双闭环比值控制系统,3.2.3,双闭环比值控制系统,3.2.4,其他类型的比值控制系统,3.2.4,其他类型的比值控制系统,这实际上是一个以某种指标X为主参数，两物料比值为副参数的串级控制系统串级比值控制系统、自整配比控制系统,氧化炉,例子：,3.2.4,其他类型的比值控制系统,硝酸生产中氧化炉的炉温与氨气/空气比值的串级控制方案,影响氧化炉温度的干扰：,当氨气在混合器中含量增加1
5、%时，氧化炉温度将上升64.9度，成分变化是在比值不变的情况下改变混合器内氨含量的直接干扰。进入氧化炉的氨气、空气的初始温度的变化，意味着物料带入的能量变化，直接影响炉内的温度；负荷的变化关系到单位时间内惨叫化学反应的物料量，由改变释放反应热的多少而影响炉温进入混合器的空气、氨气的温度、压力变化，会影响流量测量的精度，若不进行补偿，则要影响它们的真实比值，也将影响氧化炉的温度；触媒的活性变化、大气温度、压力变化等均对氧化炉温度有不同程度的影响。,3.2.4,其他类型的比值控制系统,比值控制系统,3.1 概述3.2 比值控制系统的类型3.3 比值系数的计算3.4 比值控制方案的实施3.5 比值控
6、制系统的投运与整定3.6 比值控制系统的其他问题,第3章,教学进程,3.3,比值系数的计算,3.3.1,流量与测量信号成线性关系时的计算,工艺上，比值K是指两个物料的流量之比，而比值控制系统的K一般是仪表的信号之间的比值，电动仪表420mA/0 10mA,气动仪表是20100KPa，信号转换问题。,（1）DDZ-型仪表,0Fmax 420mA DC,3.3.1,流量与测量信号成线性关系时的计算,比值系数K是仪表信号之比，即：,F1max是主流量变送器量程上限 F2max是副流量变送器量程上限,（2）气动单元组合仪表,0Fmax 20100 KPa,对于不同信号范围的仪表，比值系数的计算公式是一
7、样的。,3.3.1,流量与测量信号成线性关系时的计算,结论：,差压变送器测量流量，流量与差压成开方的关系,DDZ型仪表：,QDZ仪表：,比值系数的计算：,3.3.2,流量与测量信号成非线性关系时的计算,几点结论：（1）流量比值K与比值系数K是两个不同的概念，不能混淆 （2）比值系数K与K有关，同时也和流量变送器的量程有关，与负荷大小无关（3）注意变送器的流量与测量的线性关系（4）线性测量与非线性测量情况下K间的关系为： K非 = （K线）2,3.3.2,流量与测量信号成非线性关系时的计算,比值控制系统,3.1 概述3.2 比值控制系统的类型3.3 比值系数的计算3.4 比值控制方案的实施3.5
8、 比值控制系统的投运与整定3.6 比值控制系统的其他问题,第3章,教学进程,3.4,比值控制方案的实施,3.4.1,两类实施方案,（1）相乘方案,比值运算部件：乘法器、比值器、分流器、比率器,3.4.1,两类实施方案,（2）相除方案,3.4.2,比值控制方案实施举例,采用比值器,比率设定系数 = 比值系数,3.4.2,比值控制方案实施举例,I0=K * 16+4 由K计算出I0 ，再由恒流器给出电流值，K1,采用电动仪表乘法器,I0=K * 16+4 由K计算出I0，再由恒流器给出电流值。,采用电动仪表除法器,3.4.2,比值控制方案实施举例,3.4.3,比值控制系统中非线性环节的影响,K正比
9、于静态工作点流量F0 F0变化，K变化，影响动态质量。,（1）测量环节的非线性,流量测量时采用差压变送器时，流量与差压为开方关系：,对于010mA,解决办法：加入开方器，或通过阀特性补偿,补偿办法：通过对数阀特性补偿,3.4.3,比值控制系统中非线性环节的影响,（2）除法器的非线性,除法器本身就是一个非线环节,3.4.4,比值控制系统中的信号匹配问题,仪表本身一般有统一的量程，如010mA、420mA、0.010.1Mpa 要尽可能在达到最大量程下进行运算而得到较大的精度，需要合理调整仪表量程，设置一定的系数仪表的信号匹配。,相乘方案：K接近1时最灵敏，精度最高,比值控制系统,3.1 概述3.
10、2 比值控制系统的类型3.3 比值系数的计算3.4 比值控制方案的实施3.5 比值控制系统的投运与整定3.6 比值控制系统的其他问题 实验：比值控制系统实验,第3章,教学进程,3.5,比值控制系统的投运与整定,整定的方法步骤：,投运前的准备工作与单回路相同，只是注意比值系数问题,根据比值系数计算方法进行计算时，若采用差压法测流量时，由于非线性问题，比值系数需要在线调整。,随动系统整定步骤,参数整定：,根据比值控制方案的不同，按相应的系统（单回路、串级）进行整定。,双闭环比值主回路定值系统,变比值主回路串级系统,单闭环比值、双闭环比值副回路、变比值副回路随动系统,3.5,比值控制系统的投运与整定
11、,3.6,比值控制系统的其他问题,3.6.1,流量测量中的压力、温度的校正,采用差压方法测量气体流量时，若实际工况与设计工况的温度、压力不一致时，将会影响比值精度，需要补偿。,在静态比值基础上，要求动态比值一致，即在外界干扰作用下，主副流量接近同步变化。 P78 图3-17， 加入动态补偿环节Gz(s)，式3-32 理论推导 工程做法，也可以通过闭环动态特性测试获得动态补偿环节的传递函数 在稳定好副流量控制器参数的基础上，将比值系统投入； 对主流量加阶跃干扰，得到副流量控制曲线，做近似处理，可以得到补偿环节 P79 图3-19,3.6.2,主、副流量的动态比值问题,3.6.3,具有逻辑规律的比
12、值控制,比值控制时，负荷变化时，控制主副流量升降顺序加入逻辑控制（逻辑提量）,例子：,锅炉燃烧系统，燃料量与空气量成一定比值,逻辑规律：,HS高选器，选高LS低选器 ，选低,3.6.3,具有逻辑规律的比值控制,图 锅炉燃烧过程的具有逻辑规律的比值控制系统,燃料,副流量随主流量变化，但当副流量不足，即阀全开时仍不能保证比值控制流量时，一般的控制系统就无能为力了。 采用阀位控制，自动解决这个问题 P80 图3-22 阀位控制系统（第七章） 通过阀位控制器VC（输入信号阀位开度）和选择器HS 在副流量不足时控制主流量。,3.6.4,副流量供料不足时的自动配比,3.6.5,主动流量与从动流量的选择,主动量与从动量的选择,工艺参数的地位：,主要物料 / 不可控,其它物料 / 可控,供应不足问题：,安全问题,
